硅酸盐水泥中SiO2,Fe2O3,Al2O3含量的测定

1、硅酸盐水泥中 SiO2，Fe2O3，Al 2O3含量的测定班级：应 111-1、实验目的1、了解和尝试过滤、洗涤、碳化、灰化、灼烧等操作 2、掌握加热蒸发、水浴加热。3、掌握氯化铵重量法测定水泥中 SiO2 含量的原理和方法。4、学习配位滴定法测定水泥中FQ、AI2Q等含量的原理和方法。5、掌握CaCO和EDTA标准溶液的配制、标定的原理和方法。6、掌握化学实验常用的滴定操作， 明白酸碱标准溶液的配制以及标定方法原理，熟练掌握方法和操作。二、实验原理硅酸盐水泥熟料主要由氧化钙(CaO、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(AI2Q) 和氧化铁( Fe2O3 简写为 F )四种氧化物组成。通常这四种氧化

2、物总量在熟料中 占 95以上。每种氧化物含量虽然不是固定不变，但其含量变化范围很小，水 泥熟料中除了上述四种主要氧化物以外，还有含量不到5的其他少量氧化物，如氧化镁(MgO)、氧化钛(TiO 2)、三氧化硫(S03)等。水泥熟料中碱性氧化物占 60%以上，因此宜采用酸分解。水泥熟料主要为硅 酸三钙( 3CaO? SiO2) 、硅酸二钙( 2CaO? SiO2) 、铝酸三钙( 3CaO? AI2O3) 和铁铝酸四钙(4CaC? AI2O? FqO)等化合物的混合物。这些化合物与盐酸作用 时，生成硅酸和可溶性的氯化物，反应式如下：2CaC? SQ2+4HCZ2CaCl2+HSiO3+HO3CaO?

3、 SQ2+6HCZ3CaCb+HSiO3+2HO3CaO? AI2O+12HC23CaCb+2AICI 3+6HO4CaO? AI2Q? Fe2Q+20HCZ4CaCb+2AICI 3+2FeCb+1OHO硅酸是一种很弱的无机酸， 在水溶液中绝大部分以溶胶状态存在， 其化学式 以SiO2?nH20表示。在用浓酸和加热蒸干等方法处理后，能使绝大部分硅胶脱水成水凝胶析出，因此可利用沉淀分离的方法把硅酸与水泥中的铁、铝、钙、镁等 其他组分分开。（一）SiO2含量的测定 重量法本实验以重量法测定SiO2的含量。（SiO2的测定可分成容量法和重量法。）在水泥经酸分解后的溶液中，采用加热蒸发近干和加固体氯

4、化铵两种措施，使水溶性胶状硅酸尽可能全部脱水析出。蒸干脱水是将溶液控制在100C左右下进行。由于HCI的蒸发，硅酸中所含的水分大部分被带走， 硅酸水溶胶即成为水 凝胶析出。由于溶液中的Fe3+、Al3+等离子在温度超过110C时易水解生成难溶 性的碱式盐而混在硅酸凝胶中，这样将使SiO2的结果偏高，而Fe2Q, AI2Q等的 结果偏低， 故加热蒸干宜采用水浴以严格控制温度。 加入固体氯化铵后由于氯化 铵易离解生成NHkHO和HCI，加热时它们易于挥发逸去，从而消耗了水，因 此能促进硅酸水溶胶的脱水作用，反应式如下：NH4CI+H2+HCI含水硅酸的组成不固定，故沉淀经过过滤、洗涤、烘干后，还需

5、经950-1000 C 高温灼烧成固体成分SiO2，然后称量，根据沉淀的质量计算 SiO2的质量分数。水泥中的铁、铝、钙、镁等组分分别以 Fe3+、Al3+、CaT Mg+的形式存在于过 滤完SiO2沉淀后的滤液中，它们都能与 EDTA形成稳定的螯合物，但稳定性有较 显著的区别，KaIY=， &e （III ） Y= ， KcaY=，心=。因此只要通过控制适当的酸度，就 可以进行分别测定。（二）铁含量的测定铁含量的测定方法：lCMn（嘉決侯的J测5te仪辭分划畝” rm海扑伽湘1TA 卅炉分怖沁檄测磴控制溶液的pH为2，以磺基水杨酸为指示剂，温度以 6070C为宜，当 温度高于75C时，Al3

6、+也能与EDTA形成螯合物，使测定Fe3+结果偏高，测定Al3+ 结果偏低。当温度低于50C时，反应速度缓慢，不易得出确定终点。用 EDTA标 准溶液滴定，溶液由紫红色变为微黄色即为终点。配位滴定中有H+产生，Fe3+Hy=FeY+2H,所以在没有缓冲作用的溶液中，当Fe3+含量较高时，滴定过程 中，溶液的pH逐渐降低，妨碍反应进一步完成，以致终点变色缓慢，难以确定。（三）铝含量的测定以PAN为指示剂的铜盐回滴定是普遍采用的方法。因为Al3+与EDTA的反应速 度慢，所以一般先加入过量的 EDTA并加热煮沸，使Al 3+与 EDTA充分反应，然 后用CuSO标准溶液回滴定过量的 EDTA Al

7、Y2-无色，PAN在pH为的条件下为黄 色，所以滴定开始前溶液为黄色，随着 CuSO标准溶液的加入，CuY为浅蓝色， 因此溶液逐渐由黄色变绿色，在过量的EDTA与 CiT完全反应后，继续加入CuSO, Cf与PAN形成紫红色配合物，由于蓝色 Cu彳的存在，终点溶液呈紫色。反应如 下：Al3+ 甩7= AIY-+2H，无色Cu2+ H2W-=CuY+2H，蓝色Cu2+PAN= Cu-PAN黄色 紫红色1、测定Al 3+的适宜酸度pH=45,最适宜的pH-2、PAN 一种二元弱酸，用 HJn+表示(PKa=,PKa2=)H2In +HIn-In -淡绿色黄色红色( 12)PAN能与50多种元素生成

8、有色螯合物，除 Pd(II)、 Co(III) 、 Rh(III) 为绿色，Fe(III) 为暗红色, V(v) 、 Tl 为紫色,其他金属的螯合物均是红色。3、EDTA容液浓度的标定：在pH=勺HAc-NaAc介质中，以PAN为指示剂，用CuSO 标准溶液滴定至紫红色。三、实验仪器及实验试剂实验仪器：烧杯(300ml, 50ml)，移液管(25ml, 50ml)，玻璃棒，锥形瓶， 碱式滴定管 (50ml) ， 250ml 容量瓶，电热器，吸耳球，胶头滴管，恒温水浴锅， 洗瓶，表面皿，定量滤纸，漏斗，瓷坩埚，马弗炉，精密 pH试纸，分析天平， 干燥器实验试剂：水泥试样，NHCI (固体)，HC

9、I (浓，1:1，3:97 )，HNO浓)， NHCNS( 10%，氨水(1:1 )，EDTA溶液(L)，HAc-NaAc缓冲溶液，CuSO溶 液(L)，MgC2溶液，NH-NH4CI缓冲溶液，指示剂：溴甲酚绿，铬黑 T，PAN指 示液，磺基水杨酸。四、实验步骤(一) SiO2含量的测定1、差减法准确称取试样，置于干燥蒸发皿中，加入 3g固体NH4C,用玻璃棒混 匀，滴加浓HCI溶液至试样全部润湿，并滴加 23滴浓HNQ搅匀，使试样充分 溶解。2、盖上表面皿，置于沸水浴上，加热约10min至近干，取下，加约10ml热的稀 HCI（ 3:97）搅动以溶解可溶性盐类。3、 以中速定量滤纸过滤，用胶

10、头淀帚以热的稀 HCI（ 3:97）擦洗玻璃棒及烧杯， 并洗涤沉淀至滤液中不含铁离子为止（用NHCNS佥验）。4、将滤液及洗涤液定量转移至 250mI 容量瓶中，定容，摇匀，供后续测定使用。5、将沉淀连同滤纸放入已恒重的瓷坩埚中，先在电炉上低温烘干，再升高温度 使滤纸充分灰化后，于950-1000 C灼烧30min取下，置于干燥器中冷却至室温， 称重。再灼烧、称量，直至恒重。计算试样中 SiO2的含量。（二）moI/L 钙标准溶液配制称取纯碳酸钙，用1: 1盐酸溶解，加适量水，定量转移至250ml的容量瓶中， 定容，摇匀，待用。（三）EDTA容液的标定：1、用移液管移取25ml钙标准溶液至锥形

11、瓶中，加 2mlMgY和5ml NH-NH4CI缓冲 溶液，摇匀。用待标定的EDTA滴定至溶液由酒红变为纯蓝色即为终点，记录消耗EDTA溶液的体积，2、平行测定三份，计算得出EDTA溶液的准确浓度。（四）EDTA与 CuSO标准溶液的体积比K的求算1、从滴定管缓慢放出10-15mLCDTA=L的EDTA标准溶液于300ml锥形瓶中，记录 所放EDTA标准溶液的体积为V1加水稀释至150-200ml。2、加约15mLpH的HAc-NaAc缓冲溶液，加热至沸，取下稍冷，力卩5-6滴PAN旨示液，以 CuSO4 标准溶液滴定至亮紫色。3、记录消耗CuSO标准溶液的体积平行测定3次，计算K值，K=V/

12、V2。（五）Fe3+含量的测定1、移取过滤后定容于250ml容量瓶的试液于锥形瓶中，加2滴溴甲酚绿指示剂， 溶液变为黄色。2、逐滴滴加 1:1 氨水使溶液成为绿色。3、再用 1 ：1HCl 溶液调节溶液酸度至黄色后再过量 3 滴。4、置于70C水浴中加热10min,取下。5、加6-8滴磺基水杨酸，趁热用L EDTA标准溶液滴定至溶液由紫红色变为亮黄 色即为终点，记录EDTA消耗体积。&平行测定三次，求FqQ的平均含量。（六）AI 3+含量的测定1、从滴定管中放约标准溶液于测定完 FeO含量后的溶液中，记录所放 EDTA标 准溶液的体积，摇匀。2、加15mlpH= 勺HAc-NaAC缓冲溶液，以

13、精密PH试纸检查。煮沸1-2 min,取下，冷却至90C左右，加入4滴PAN旨示剂，以L CuSQ标准溶液滴定。开始溶液 呈黄色，随着CuSQ标准溶液的加入，颜色逐渐变绿并加深，直至再加一滴突然 变紫，即为终点。记录CuSO4消耗的体积。注意临近终点时应剧烈摇动，并缓慢 滴定。3、平行测定三次，求AI2Q的平均含量五、原始数据记录与处理（一）原始数据SiO2的测定EDTA浓度的测定K的测定Fe2O3 的测定Al2O3的测定水泥质量/g坩埚+SiO2/g空坩埚/gmCaCC/g3VEDTA/mVEDTA/mVCuSO4/mdVEDTA/mVEDTA/mVCuSO4/ lml（二）数据处理1、Si

14、O2含量测定：Wo2=mi （坩埚 + SiO2）-m2 （坩埚）/m。（样品）*100%SiO2的测定水泥质量/g坩埚+SiO2/g空坩埚/gmSiO2/g质量分数%2、EDTA容液的标定:CcaCO= ITICaCcZ M CaC c3(250*10A-3)CEdt= (VsaCC*CcaCC)/ V EDTA平均相对偏差=(C平均(EDTA)-Cedt) /CedtA*100%已知 CEdtA=LEDTA农度的测定mCaCQ3 gA/EDTA/tlCCaCQ3/(mol/L)CEDTA/(mol/L)C平均(EDTA)/(mol/L)平均相对偏差%3、k值的测定K=V(EDTA)M(Cu

15、SQ)C(CuSO= C(EDTA)*KK的测定VEDTA/tVCuSQ4/t11 kk平均C(CuSQ/ml/L3+3+m(Fe)= C (EDTA * V (EDTA *M (Fe ) /V (滤液)/250/10003+3+m(FeO3) =1/2*m(Fe )/M (Fe ) *M (Fe2Q)质量分数=m平均(Fe?O3) /m(样品)*100 %Fe2Q3勺测定VEDTA/mm(Fe3+)/gm (Fe2Q) /gm平均(FqQ)/g质量分数%5、Al 3+含量的测定:m(AI )= C (EDTA * V (EDTA - C(CuSO) *V(CuSO)* M(1/2AI 2Q)

16、 /V (滤 液)/250/1000m(Al2Q)=1/2*m(AI 3+)/M(AI 3+)*M(AI 2Q)质量分数=m(AI3+)/ m(样品)*100%AI2Q3的测定VEDTA/mVCuSQ4/miI m(AI3+)/gm(AI2C3)/gm平均质量分数(Al 2Q)/g%六、结果分析与讨论误差来源实验中处处都存在着误差，稍不注意，便会产生误差，回顾整个实验，与结果对比，分析出以下可能的误差来源：1）单层过滤时，一些颗粒较小的二氧化硅会透过滤纸，导致结果偏低。2）原料水泥中存在其他不容物时，无法消解的物质，灼烧至恒重时使二 氧化硅含量偏高。3）指示剂的用量也会影响滴定结果的准确性。

17、直接滴定法采用PAN和Cu EDTA旨示剂，PAN的用量一般在2到3滴，太多会影响滴定终点的 判断。七、注意事项1. 严格控制硅酸脱水的温度和时间。脱水温度不要超过110C，若温度过高，某些氯化物，如AICI3、FeCl3、MgCb易水解，生成难溶于水的碱式盐或氢氧 化物，混入沉淀使SiO2结果偏高。当温度高至120C以上时，它们还可能与 硅酸结合生成一部分几乎不被盐酸分解的硅酸盐，不易过滤与洗涤，使硅酸 沉淀夹带较多杂质。脱水温度如不够，则可溶性的硅酸未能完全转变成不溶 性硅酸，在过滤、洗涤时会透过滤纸，将使SiO2结果偏低。2. 必须使用水浴。使用水浴加热，蒸发皿底部绝大部分置于蒸汽氛围中

18、，温度 易控制，水蒸汽温度为100-110 C,最有利于硅酸脱水。3. 应用正确的洗涤方法。为了防止 Ti02+、Al3+和 Fe3+等离子的水解和硅酸溶胶 透过滤纸，可先用热的稀盐酸 （3：97）洗涤沉淀 34次，再用热水充分洗涤。 一般洗液不宜超过 120ml。4. 灰化时，坩埚盖应半开，不能使滤纸产生火焰。需充分灰化后（呈灰白色 ）再移高温下950 一 1000r灼烧沉淀。5. 直接滴定铝时。最适宜P H范围在2. 53. 5之间溶液PH低于2. 5时， Al3+与EDTA的配位反应不能完全进行，而高于 3. 5时铝离子会有较大的水 解倾向，所以高于或低于这个 PH 范围均会使铝含量的测定结果偏低，故滴 定时应调适到最适宜PH来提高测定结果的准确性。6. 指示剂的用量也会影响滴定结果的准确性。直接滴定法采用PAN和Cu EDTA 指示剂，PAN的用量一般在2到3滴，太多会影响滴定终点的判断。八、思考题1、试样分解后加热